Inhoud
- Wat is gelijkstroom?
- Direct Current Voorbeelden
- Wat is wisselstroom?
- Wisselstroom voorbeelden
- Verschillen tussen AC en DC
- Wisselstroom naar gelijkstroom en weer terug
De wetenschappers van vandaag zien elektriciteit als een van de meest fundamentele fenomenen in de natuur. Elektrische impulsen lopen constant door ons lichaam en zelfs de materie van onze wereld wordt bij elkaar gehouden door elektrische ladingen. Desondanks moest elektriciteit nog worden ontdekt, en er is enige controverse over wie de eerste was om dit te doen.
De ontdekker was misschien de Engelse arts William Gilbert, die in 1600 als eerste het woord 'electricus' gebruikte. Mogelijk was het ook de Engelse wetenschapper Thomas Browne, die enkele jaren later het woord 'elektriciteit' bedacht had.
Amerikanen geloven graag dat het de uitvinder Benjamin Franklin was, die bewees dat bliksem elektriciteit was in 1752. Er zijn zelfs aanwijzingen dat de oude Grieken en Perzen wisten van elektriciteit. Degene die de prijs krijgt, is zeker dat ze DC-elektriciteit (gelijkstroom) hebben ontdekt. AC elektriciteit (wisselstroom) kwam pas in de 19e eeuw.
Wat is gelijkstroom?
Wetenschappers visualiseren elektriciteit als de stroom van negatief geladen deeltjes die elektronen worden genoemd. Het zijn dezelfde deeltjes die in een baan rond de kernen van alle atomen die materie vormen.
De twee fundamentele wetten van elektriciteit zijn dat tegengestelden elkaar afstoten en aantrekken. Dientengevolge zullen elektronen naar een positieve terminal stromen en weg van een negatieve. De stroom vindt slechts in één richting plaats en de sterkte van de stroom of stroom hangt af van het ladingsverschil tussen de twee terminals. Dit verschil is de spanning tussen de klemmen.
Bij afwezigheid van externe invoer zullen de elektronen zich ophopen op de positieve aansluiting en het potentiaalverschil tussen de twee aansluitingen verminderen, en uiteindelijk zal de stroom stoppen.
Direct Current Voorbeelden
Misschien is het bekendste voorbeeld van gelijkstroomstroom een blikseminslag. Benjamin Franklins bewees echt dat bliksem een elektrisch fenomeen is. Franklin vloog een vlieger in een onweersbui en bevestigde een sleutel aan de vliegertouw. Toen de sleutel elektrisch werd opgeladen en hem een lichte schok gaf, was hij opgetogen. Hij had bewezen dat elektrische lading zich ophoopt in de wolken, en dat bliksem een ontlading is van deze elektrische energie in een kortstondige flits van gelijkstroom.
Een batterij is een andere veel voorkomende bron van gelijkstroom. Het bestaat uit een paar tegengesteld geladen terminals, en wanneer u de terminals verbindt met een geleider, stroomt elektriciteit van de negatieve terminal (de kathode) naar de positieve (de anode).
Het laadverschil in een batterij wordt meestal geleverd door een chemisch proces in zijn kern, en dit proces kan slechts voor een beperkte tijd doorgaan. Als je stroom blijft putten uit een batterij, stopt deze uiteindelijk met het produceren van lading en gaat dood.
Wat is wisselstroom?
De Engelse natuurkundige Michael Faraday ontdekte elektromagnetische inductie in 1831 toen hij ontdekte dat hij een elektrische stroom kon opwekken in een spoel van geleidende draad door een magneet heen en weer te bewegen in de spoel.
Cruciaal was dat Faraday opmerkte dat de stroom van richting veranderde wanneer hij de richting van de magneet veranderde. De Franse instrumentenmaker Hippolyte Pixii gebruikte deze ontdekking om de eerste wisselstroomgenerator in 1832 te bouwen.
AC-elektriciteit wordt altijd geproduceerd door een inductiegenerator van het type Pixii, hoewel moderne generatoren veel geavanceerder zijn dan Pixiis-machines. De generator kan roterende magneten gebruiken, of het kan een roterende spoel hebben, maar er is altijd een soort rotatie bij betrokken en de periode van de rotatie bepaalt hoe vaak de stroom van richting verandert.
Omdat het van richting verandert, heeft wisselstroom een bijbehorende frequentie, wat het aantal keren per seconde is dat het omkeert.
Wisselstroom voorbeelden
U hoeft niet ver te zoeken om voorbeelden van AC-elektriciteit te vinden. De lichten in de kamer waarin u zit, evenals de airconditioner, elektrische verwarming en alle apparaten, werken op wisselstroom, die wordt gegenereerd bij uw lokale elektriciteitscentrale.
De meeste krachtcentrales gebruiken stoom die wordt gegenereerd door fossiele brandstoffen, kernsplijting of geothermische processen om een turbine te laten draaien. De turbine genereert elektriciteit door elektromagnetische inductie en de rotatiesnelheid wordt zorgvuldig geregeld om elektriciteit met een vaste frequentie te produceren. In Noord-Amerika is de frequentie 60 Hz (cycli per seconde), maar in de meeste delen van de wereld is dit 50 Hz.
Windmolens zijn hernieuwbare energiebronnen die ook AC-elektriciteit opwekken, maar ze vertrouwen op de wind om hun turbines te laten draaien in plaats van fossiele of nucleaire brandstof. Sommige golfgeneratoren hebben ook turbines die wisselstroom produceren. Wanneer de golven een hydraulisch systeem of een zak ingesloten lucht comprimeren, wordt de opgeslagen energie gebruikt om een turbine te laten draaien.
Verschillen tussen AC en DC
In de geëlektrificeerde wereld van de 21ste eeuw is het moeilijk om een tijd voor te stellen waarin er geen elektriciteit was, maar die tijd was niet zo lang geleden. Aan het einde van de 19e eeuw was de gloeilamp uitgevonden, maar er was geen manier om stroom op te wekken en in huizen te krijgen, zodat mensen de nieuwe uitvinding konden gebruiken.
Thomas Edison, die hielp bij het ontwikkelen en op de markt brengen van gloeilampen, was voorstander van een netwerk van DC-generatorstations, terwijl Nikola Tesla, een Servische uitvinder en voormalig medewerker van Edisons, de voorkeur gaf aan AC-generatoren. Tesla won, en hier zijn enkele van de redenen:
Wisselstroom naar gelijkstroom en weer terug
Hoewel de elektriciteit die door de stroomleidingen komt AC is, vereist elektronische apparatuur vaak DC-elektriciteit. In een schakelschema is het gelijkstroomsymbool een rechte lijn met drie stippen of lijnen eronder, terwijl dat voor wisselstroom een enkele golvende lijn is. Om wisselstroom naar gelijkstroom te converteren, gebruiken elektronicaspecialisten meestal een circuitcomponent dat een diode of gelijkrichter wordt genoemd. Het laat stroom in slechts één richting door, waardoor een pulserend DC-signaal van een AC-stroombron wordt gecreëerd.
De tool voor het omzetten van DC naar AC-stroom wordt een omvormer genoemd. Het maakt gebruik van transistors, dit zijn circuitcomponenten die zeer snel kunnen in- en uitschakelen, om stroom te geleiden langs een reeks circuitpaden die effectief van richting veranderen over een paar centrale klemmen, het deel van het circuit waaraan u de AC belasting. Omvormers worden gebruikt in elektrische voertuigen. Ze worden ook gebruikt in fotovoltaïsche systemen om DC-elektriciteit gegenereerd door zonnepanelen om te zetten in wisselstroom voor gebruik in huis.